(57)【要約】【課題】ステータティースの外側への飛び出しを防止することができ、回転電機が破損することのない回転電機のステータコア構造を提供する。【解決手段】Ｔ字形状のステータティース１０１Ｂにコイル１０１Ａを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置したステータコア構造を有するステータと、ステータの外側および内側に同軸に設けたアウターロータ１０３およびインナーロータ１０２と、から構成される回転電機のステータコア構造において、ステータティース１０２のアウターロータ１０３およびインナーロータ１０２に面する２つの部分の面積を同じにする【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔ字形状のステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置したステータコア構造を有するステータと、ステータの外側および内側に同軸に設けたアウターロータおよびインナーロータと、から構成される回転電機のステータコア構造において、ステータティースのアウターロータおよびインナーロータに面する２つの部分の面積を同じにすることを特徴とする回転電機のステータコア構造。
【請求項２】
ステータティースのアウターロータに面するＴ字形状の幅広の端部の表面に、複数の切り欠き部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータコア構造。
【請求項３】
ステータティースのアウターロータに面するＴ字形状の幅広の端部の表面に、凹部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータコア構造。
【請求項４】
ステータティースのアウターロータに面するＴ字形状の幅広の端部の表面において、アウターロータの回転方向の終端部に切り欠き部分を設けたことを特徴とする請求項３記載の回転電機のステータコア構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｔ字形状のステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置したステータコア構造を有するステータと、ステータの外側および内側に同軸に設けたアウターロータおよびインナーロータと、から構成される回転電機のステータコア構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は従来の回転電機のステータコア構造の一例を示す図である。図９に示す例において、従来の回転電機として、円筒状のステータ３０１を挟み、内外周にアウターロータ３０２及びインナーロータ３０３が配置され、ステータ３０１に巻回された多相コイルに複合電流を流すことで、アウターロータ３０２とインナーロータ３０３を独立して回転制御可能な複軸多層構造を有する回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。この回転電機では、１個のステータ３０１と２個のロータ３０２、３０３とが３重構造をなしており、アウターロータ３０２とインナーロータ３０３との中間に配置されたステータ３０１は、Ｔ字形状の電磁鋼板を積層して構成されるステータティース３０４にコイル３０５を巻回してなる複数の積層コア３０６を放射状に配置したステータコア構造となっている。なお、３０７はアウターロータ３０２に設けた永久磁石であり、３０８はインナーロータ３０３に設けた永久磁石である。
【特許文献１】特開２００１−１０３７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した構成の回転電機のステータコア構造では、ステータティース３０４がＴ字形状を有しており、Ｔ字形状の幅広の端部がアウターロータ３０２と面するよう配置されているため、ステータティース３０４は半径方向外側に向かう力に対して構造的に弱かった。そのため、回転電機の回転数などがある制限値を超えると、ステータティース３０４が外側に飛び出してしまい、回転電機を破損してしまう問題点があった。
【０００４】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、ステータティースの外側への飛び出しを防止することができ、回転電機が破損することのない回転電機のステータコア構造を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の回転電機のステータコア構造は、Ｔ字形状のステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置したステータコア構造を有するステータと、ステータの外側および内側に同軸に設けたアウターロータおよびインナーロータと、から構成される回転電機のステータコア構造において、ステータティースのアウターロータおよびインナーロータに面する２つの部分の面積を同じにすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、ステータティースのアウターロータおよびインナーロータに面する２つの部分の面積を同じにすることで、ステータティースの外側への飛び出しを防止することができ、回転電機が破損することのない回転電機のステータコア構造を得ることができる。
【０００７】
すなわち、ティースに働く径方向の電磁力は、各部分に働くMaxwell応力値fr=1/2μ0(Br2-Bθ2)のティース閉曲面上の面積分で求められる（μ0：真空透磁率、Br:ギャップ部径方向磁束密度、Bθ:ギャップ部周方向磁束密度）。また、トルクを発生させる周方向の電磁力は、fθ= BrBθ/μ0 のティース閉曲面上の面積分で求められる。そこで、Br>>Bθを仮定すると、径方向電磁力は、内外ギャップ面での磁束量の２乗差に比例することになる。このため、外側ギャップ部での径方向の磁束を減らし、周方向のBθ<0（トルクと逆向きの成分）成分をティースで受けない、または、周方向のトルクに有効な磁束を増やすことにより、トルクを減少させることなくティースへ働く外側方向への径方向電磁力を小さくすることができる。
【０００８】
なお、本発明の回転電機のステータコア構造の好適例においては、ステータティースのアウターロータに面するＴ字形状の幅広の端部の表面に、複数の切り欠き部を設けたり、ステータティースのアウターロータに面するＴ字形状の幅広の端部の表面に、凹部を設けたり、ステータティースのアウターロータに面するＴ字形状の幅広の端部の表面において、アウターロータの回転方向の終端部に切り欠き部分を設けたり、することができる。このように構成することで、本発明をより好適に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明のステータコア構造を備える回転電機の一例としての複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットの全体図である。なお、以下に説明する複軸多層モータはその基本的な構成を説明するためのものであり、本発明の特徴部分については、後に詳細に説明する。また、本発明は以下に説明する複軸多層モータの他、通常のステータとステータの外側に設けたアウターロータとからなる回転電機にも適用できることはいうまでもない。図１において、Ｅはエンジン、Ｍは複軸多層モータ、Ｇはラビニョウ型複合遊星歯車列、Ｄは駆動出力機構、１はモータカバー、２はモータケース、３はギヤハウジング、４はフロントカバーである。
【００１０】
前記エンジンＥは、ハイブリッド駆動ユニットの主動力源であり、エンジン出力軸５とラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２リングギヤR2とは、回転変動吸収ダンパー６及び多板クラッチ７を介して連結されている。
【００１１】
前記複軸多層モータＭは、外観的には１つのモータであるが２つのモータジェネレータ機能を有する副動力源である。この複軸多層モータＭは、前記モータケース２に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの内側に配置し、永久磁石を埋設したインナーロータIRと、前記ステータＳの外側に配置し、永久磁石を埋設したアウターロータORと、を同軸上に三層配置することで構成されている。前記インナーロータIRに固定の第１モータ中空軸８は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第１サンギヤS1に連結され、前記アウターロータORに固定の第２モータ軸９は、ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇの第２サンギヤS2に連結されている。
【００１２】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、二つのモータ回転数を制御することにより無段階に変速比を変える無段変速機能を有する遊星歯車機構である。このラビニョウ型複合遊星歯車列Ｇは、互いに噛み合う第１ピニオンP1と第２ピニオンP2を支持する共通キャリヤＣと、第１ピニオンP1に噛み合う第１サンギヤS1と、第２ピニオンP2に噛み合う第２サンギヤS2と、第１ピニオンP1に噛み合う第１リングギヤR1と、第２ピニオンP2に噛み合う第２リングギヤR2との５つの回転要素を有して構成されている。前記第１リングギヤR1とギヤハウジング３との間には多板ブレーキ１０が介装されている。前記共通キャリヤＣには、出力ギヤ１１が連結されている。
【００１３】
前記駆動出力機構Ｄは、出力ギヤ１１と、第１カウンターギヤ１２と、第２カウンターギヤ１３と、ドライブギヤ１４と、ディファレンシャル１５と、ドライブシャフト１６，１６により構成されている。そして、出力ギヤ１１からの出力回転及び出力トルクは、第１カウンターギヤ１２→第２カウンターギヤ１３→ドライブギヤ１４→ディファレンシャル１５を経過し、ドライブシャフト１６，１６から図外の駆動輪へ伝達される。
【００１４】
すなわち、ハイブリッド駆動ユニットは、前記第２リングギヤR2とエンジン出力軸５を連結し、前記第１サンギヤS1と第１モータ中空軸８とを連結し、前記第２サンギヤS2と第２モータ軸９とを連結し、前記共通キャリヤＣに出力ギヤ１１を連結することにより構成されている。
【００１５】
図２は、ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、この発明の対象となる複軸多層モータの一例をより詳細に示す図である。この複軸多層モータに、この発明の積層コア構造を適用することができる。図２に示す構成の複軸多層モータは、一個の円環状のステータ１０１と、その半径方向内方および外方にそれぞれ互いに同軸の所定回転軸線Ｏ上にて回転自在に配置したインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３とよりなる三重構造とし、これらをハウジング１０４内に収納して構成する。
【００１６】
ここにおけるインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３はそれぞれ、電磁鋼板などをプレス成形して造った板材のロータ軸線方向への積層になる積層コア１２４，１２５を具え、これら積層コア１２４，１２５に、ロータ軸線方向に貫通する永久磁石を円周方向等間隔に配置して設けた構成となす。インナーロータ１０２とアウターロータ１０３とでは、配置する磁極数を変えることで、両者の極対数を異ならせている。一例を示すと、磁石の個数自体はインナーロータ１０２とアウターロータ１０３で同一であり、１２個ずつであるが、インナーロータ１０２は２個の磁石で１極を成しているため、極対数としては３極対となり、アウターロータ１０３は１個の磁石で１極を成しているため、極対数としては６極対となる。
【００１７】
そしてハウジング１０４内へのインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３の収納に当たっては、アウターロータ１０３は、積層コア１２５の外周にトルク伝達シェル１０５を駆動結合して具え、該トルク伝達シェル１０５の両端をそれぞれベアリング１０７，１０８によりハウジング１０４に回転自在に支持し、トルク伝達シェル１０５をベアリング１０７の側でアウターロータシャフト１０９に結合する。
【００１８】
インナーロータ１０２は積層コア１２４の中心に、内部に上記アウターロータシャフト１０９を回転自在に貫通した中空のインナーロータシャフト１１０を貫通して具え、これらインナーロータ１０２の積層コア１２４およびインナーロータシャフト１１０間を駆動結合する。そしてインナーロータシャフト１１０の中間部をベアリング１１２により、固定のステータブラケット１１３内に回転自在に支持し、一端部（図１では左端部）をベアリング１１４によりトルク伝達シェル１０５の対応端壁に回転自在に支持する。
【００１９】
ステータ１０１は、電磁鋼板をプレス成形して造ったＴ字状のステータ鋼板をステータ軸線方向に積層してなる多数のステータティースを具える。個々のステータティースには、アウターロータ側ヨークおよびインナーロータ側ヨーク間におけるティースの箇所において図２に示す如く電磁コイル１１７を巻線し、これらコイル巻線済のステータティースを同一円周方向等間隔に、つまり円形に配列してステータコアとなし、このステータコアをステータ軸線方向両側のブラケット１１３，１１８間に何らかの手段で挟持すると共に全体的に樹脂１２０でモールドすることにより一体化してステータ１０１を構成する。
本発明のステータ構造の特徴は、ステータティースの構成にある。この特徴については、後に詳細に説明する。
【００２０】
なお、このモータの駆動に当たっては、回転センサ１４８および回転センサ１４７が検出するインナーロータ１０２およびアウターロータ１０３の回転位置、つまりこれらに上記のごとく設けられる永久磁石の位置に応じた両ロータ１０２，１０３用の位相の異なる駆動電流を複合して得られる複合電流をステータ１０１の電磁コイル１１７に供給し、これにより両ロータ１０２，１０３用の回転磁界をステータに個別に発生させることで、回転磁界に同期してロータ１０２，１０３を個別に回転駆動させることができる。
【００２１】
次に、上述した構成の複軸多層モータにおいて、複数の積層コアから構成されるステータ１０１として利用できる本発明のステータコア構造について説明する。なお、説明の都合上、図１および図２に示す部材と以下の説明で示す部材とは、同一の部材であっても異なる符号を付す場合がある。
【００２２】
図３は本発明の回転電機のステータコア構造の一例を説明するための図である。図３では、図２に示す例における回転電機の横断面の一部を示している。図３に示す例において、ステータ１０１は、ステータコイル１０１Ａ、ステータティース１０１Ｂ、支持部材１０１Ｃから構成されている。インナーロータ１０２は、永久磁石１０２Ａ、電磁鋼板１０２Ｂ、シャフト１０２Ｃから構成されている。アウターロータ１０３は、永久磁石１０３Ａ、電磁鋼板１０３Ｂ、シェル１０３Ｃから構成されている。
【００２３】
図３に示す回転電機のステータコア構造において、本発明の特徴は、ステータティース１０１Ｂのアウターロータ１０３に面するＴ字形状の幅広の端部の表面２０１に、複数の切り欠き部２０２を設けることで、ステータティース１０１Ｂのアウターロータ１０３およびインナーロータ１０２に面する２つの部分の面積を同じにした点である。ここで、面積とは、ステータティース１０１Ｂのアウターロータ１０３に面する端部およびインナーロータ１０２に面する端部において、図３に示す幅で図３において紙面に垂直な方向の長さの表面の面積をいう。
【００２４】
本例では、図３の紙面に垂直に各切り欠き部分２０２を端部から端部まで連続して設けたが、各切り欠き部２０２の形成方法はこれに限定されるものではなく、ステータティース１０１Ｂのアウターロータ１０３およびインナーロータ１０２に面する２つの部分の面積が同じになりさえすれば、どのような方法でもよい。また、２つの部分の面積が同じとは、２つの部分の面積が実質的に同じであれば少しの相違は含む意味である。
【００２５】
図４は本発明例と従来例とにおいて各ステータティースに働く半径方向の電磁力を示すグラフである。図４において、図９に示す従来例のステータティースと図３に示す本発明例のステータティースとに対し、３種の異なる複合電圧をコイルに供給した際の時刻に対する電磁力の変動を、従来例１〜３と本発明例１〜３として示している。従来例１と本発明例１とが、従来例２と本発明例２とが、従来例３と本発明例３とが、それぞれ同じ複合電圧を供給した時に対応している。従来例と本発明例とを比較してみると、いずれの例でも、特に電磁力が半径方向の外側に向く正の領域において、本発明例の方が従来例よりも電磁力が低減することがわかる。
【００２６】
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、従来例および本発明例において、ステータティースのＴ字形状の幅広の端部の表面における磁束密度の一例を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）において、磁束の方向は矢印の向きで示し、磁束の大きさは矢印の長さで示している。図５（ａ）、（ｂ）の結果からわかるように、ステータティースのＴ字形状の幅広の端部の表面において、本発明例は従来例と比べて、磁束の大きさおよび方向が揃っており、良好な磁束密度を得ることができる。
【００２７】
図６は本発明の回転電機のステータコア構造の他の例を説明するための図である。図６に示す例では、ステータティース１０１Ｂのアウターロータ１０３に面するＴ字形状の幅広の端部の表面２０１において、その中央部に凹部２０３を設けている。本例でも、凹部２０３を形成して、ステータティース１０１Ｂのアウターロータ１０３およびインナーロータ１０２に面する２つの部分の面積を同じにすることで、本発明を達成することができる。
【００２８】
図７は本発明の回転電機のステータコア構造のさらに他の例を説明するための図である。図７に示す例では、ステータティース１０１Ｂのアウターロータ１０３に面するＴ字形状の幅広の端部の表面２０１において、アウターロータ１０３の回転方向の終端部に切り欠き部分２０４を設けている。本例でも、切り欠き部分２０４を形成して、ステータティース１０１Ｂのアウターロータ１０３およびインナーロータ１０２に面する２つの部分の面積を同じにすることで、本発明を達成することができる。また、本例では、アウターロータ１０３の回転方向の終端部に切り欠き部分２０４を設けることで、アウターロータ１０３の永久磁石１０３Ａからの磁束を、入り側に残したＴ字形状の幅広の端部より案内しやすくなる。
【００２９】
図８は本発明例と従来例とにおいて各ステータティースに働く半径方向の電磁力を示すグラフである。図８において、図９に示す従来例のステータティースと図７に示す本発明例のステータティースとに対し、３種の異なる複合電圧をコイルに供給した際の時刻に対する電磁力の変動を、従来例１〜３と本発明例１〜３として示している。従来例１と本発明例１とが、従来例２と本発明例２とが、従来例３と本発明例３とが、それぞれ同じ複合電圧を供給した時に対応している。従来例と本発明例とを比較してみると、いずれの例でも、特に電磁力が半径方向の外側に向く正の領域において、本発明例の方が従来例よりも電磁力が低減することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の回転電機のステータコア構造は、Ｔ字形状のステータティースにコイルを巻回してなる複数の積層コアを放射状に配置したステータコア構造を有するステータと、ステータの外側および内側に同軸に設けたアウターロータおよびインナーロータと、から構成される回転電機のステータコア構造において、ステータティースの外側への飛び出しを防止することができ、回転電機が破損することのない回転電機を得るために好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】複軸多層モータが適用されたハイブリッド駆動ユニットを示す概略全体図である。
【図２】ラビニョオ型遊星歯車列と組み合わされて車両用ハイブリッド変速機を構成する、本発明のステータコア構造の対象となる複軸多層モータを示す縦断面図である。
【図３】本発明の回転電機のステータコア構造の一例を説明するための図である。
【図４】本発明例と従来例とにおいて各ステータティースに働く半径方向の電磁力を示すグラフである。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、従来例および本発明例において、ステータティースのＴ字形状の幅広の端部の表面における磁束密度の一例を示す図である。
【図６】本発明の回転電機のステータコア構造の他の例を説明するための図である。
【図７】本発明の回転電機のステータコア構造のさらに他の例を説明するための図である。
【図８】本発明例と従来例とにおいて各ステータティースに働く半径方向の電磁力を示すグラフである。
【図９】従来の回転電機のステータコア構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０１  ステータ
１０１Ａ  ステータコイル
１０１Ｂ  ステータティース
１０１Ｃ  支持部材
１０２  インナーロータ
１０２Ａ、１０３Ａ  永久磁石
１０２Ｂ、１０３Ｂ  電磁鋼板
１０２Ｃ  シャフト
１０３  アウターロータ
１０３Ｃ  シェル
２０１  表面
２０２  切り欠き部
２０３  凹部
２０４  切り欠き部分
【図１】
2006166624.tif 000003
【図２】
2006166624.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006166624.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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